實驗名稱：功率放大(da)器(qi)在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應用

研究方向(xiang)：磁聲(sheng)成像

實驗內容(rong)：磁(ci)聲(sheng)成像是將磁(ci)場(chang)能量(liang)和(he)電(dian)場(chang)能量(liang)轉化為超聲(sheng)能量(liang)的一種(zhong)成像方式。將樣本組織放(fang)于穩恒磁(ci)場(chang)中，并向(xiang)樣本組織中通以頻(pin)(pin)(pin)率在(zai)超聲(sheng)頻(pin)(pin)(pin)段的激勵電(dian)流(liu)，樣本組織中的電(dian)流(liu)在(zai)穩恒磁(ci)場(chang)作(zuo)用(yong)下，發(fa)(fa)生(sheng)機電(dian)耦合作(zuo)用(yong)產(chan)生(sheng)洛倫茲力(li)，發(fa)(fa)出與激勵電(dian)流(liu)頻(pin)(pin)(pin)率相同的振(zhen)動聲(sheng)波，該聲(sheng)波傳播到樣本組織周(zhou)圍的超聲(sheng)換能器處，被接收(shou)后(hou)(hou)(hou)轉化為電(dian)信號，經數據采集后(hou)(hou)(hou)進行后(hou)(hou)(hou)續成像處理(li)。

實驗過程：研究設(she)計了平移(yi)圓周掃(sao)描方式，對(dui)銅環樣本的聲信號進(jin)(jin)行(xing)檢測并對(dui)電導率(lv)分布進(jin)(jin)行(xing)初(chu)步重建。聲換能器的運動軌跡見(jian)圖4。平移圓周(zhou)掃描方式主要包(bao)括了X軸(zhou)向上的平移運動及樣本(ben)(ben)(ben)載物(wu)盤(pan)沿Z軸(zhou)的圓周(zhou)運動。運動控制步驟如(ru)下:將(jiang)樣本(ben)(ben)(ben)放于樣本(ben)(ben)(ben)載物(wu)盤(pan)中心(xin)，調整(zheng)Y軸(zhou)方向上換能(neng)器距離(li)(li)樣本(ben)(ben)(ben)中心(xin)位置至合適距離(li)(li)Ｒ，調整(zheng)Z軸(zhou)方向上換能(neng)器中心(xin)與樣本(ben)(ben)(ben)處于同一高(gao)度。

平移圓周掃(sao)描(miao)運動軌跡(ji)示意(yi)圖(tu)

將調(diao)整X軸向上換能(neng)(neng)器(qi)至(zhi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)a，并以(yi)(yi)合適距離d為(wei)單位(wei)(wei)進行(xing)平(ping)(ping)移(yi)，直至(zhi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)b，此平(ping)(ping)移(yi)過程(cheng)完(wan)成(cheng);之后將樣本載(zai)物盤旋轉角(jiao)度α，旋轉完(wan)成(cheng)后;換能(neng)(neng)器(qi)回到平(ping)(ping)移(yi)初始位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)a’，仍以(yi)(yi)距離d為(wei)單位(wei)(wei)平(ping)(ping)移(yi)直至(zhi)b’，平(ping)(ping)移(yi)過程(cheng)完(wan)成(cheng)，之后將樣本載(zai)物盤再次(ci)旋轉角(jiao)度α。以(yi)(yi)此類推，直至(zhi)完(wan)成(cheng)設定(ding)的(de)(de)所有運動(dong)。同時，在(zai)換能(neng)(neng)器(qi)所在(zai)的(de)(de)每一位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)進行(xing)數據采集和(he)保存，用于后續的(de)(de)數據處理工(gong)作(zuo)。

測試系統(tong)：由(you)信號發(fa)生(sheng)器產生(sheng)激勵信號，通過功率放大器進行(xing)放大，將激勵信號加載(zai)到實驗樣(yang)本上。磁場(chang)與樣(yang)本組織內部電(dian)流密(mi)度發(fa)生(sheng)磁聲(sheng)耦合效應(ying)，產生(sheng)聲(sheng)信號，由(you)聲(sheng)換(huan)能器進行(xing)聲(sheng)壓接收，并由(you)安泰電子(zi)ATA-5620前置微小信(xin)號放大器放大，示波器進(jin)行顯示。聲換(huan)能器與(yu)樣本(ben)位置由(you)步進(jin)電機控制，可進(jin)行五自由(you)度(du)運動，如下圖所示，包括(kuo)聲(sheng)換能器沿X軸向平移運動、Y軸向平移運動、Z軸向平移運動、沿(yan)Z軸旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，同時樣本載物盤可(ke)以沿(yan)Z軸旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，可(ke)實現平移、旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)及螺旋(xuan)(xuan)型等不同掃描方式。

實驗系(xi)統框圖

結(jie)果分(fen)析：本研究設計(ji)實(shi)(shi)驗(yan)，對銅(tong)環樣(yang)本開(kai)展(zhan)了手動控制與電機控制的(de)圓(yuan)周掃描成像精(jing)度對比實(shi)(shi)驗(yan)。使用銅(tong)環直徑約為22mm，外部(bu)施加0．4T的穩恒磁場，施加正弦脈沖電壓信號，f=1MHz，Vpp=1V，檢測信號經差分放(fang)大器1000倍放(fang)大。圓周掃描(miao)步(bu)長為(wei)5°，掃描(miao)范圍(wei)為(wei)300°。

實(shi)驗樣本與測量(liang)的(de)磁聲信號重建圖

上圖(tu)為銅(tong)環樣本與(yu)手動控制(zhi)和電機控制(zhi)電導率重建對比，其中(a)為(wei)銅環樣本(ben)，(b)為(wei)手動控(kong)制(zhi)(zhi)電導(dao)(dao)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)(zhong)(zhong)建(jian)圖(tu)，(c)為(wei)電機(ji)控(kong)制(zhi)(zhi)電導(dao)(dao)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)(zhong)(zhong)建(jian)圖(tu)。由對比可看出，(c)圖(tu)電導(dao)(dao)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)(zhong)(zhong)建(jian)輪(lun)廓(kuo)與樣本(ben)輪(lun)廓(kuo)的(de)相符度(du)及電導(dao)(dao)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)(zhong)(zhong)建(jian)質(zhi)量均要(yao)好(hao)于(yu)圖(tu)(b)，說明運動控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)精度(du)對數據采集及電導(dao)(dao)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)(zhong)(zhong)建(jian)有重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)影響(xiang)。

ATA-5620前置微小信號放大器參數(shu)指標：

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